CN111331941B - 一体式密度梯度热防护材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种一体式密度梯度热防护材料及其制备方法，热防护材料包括基体和增强体，其中，基体为网络状的多孔树脂结构，增强体包括具有第二体积密度的纤维增强体内层和设置在所述内层上的具有第一体积密度的纤维增强体外层述网络状的多孔结构还分散固化在纤维增强体外层和纤维增强体内层中，第一体积密度为0.5‑2.0g/cm3；第二体积密度为0.05‑0.4g/cm3。方法包括：制备增强体；配制基体原料的溶液；将溶液注入到增强体中，使增强体充分浸润溶液；然后在树脂固化温度下固化即得。本发明能够解决现有的热防护材料的外防热层易氧化、无法长期使用，内隔热层成型工艺周期长、成本高，以及制备方法导致的整体热防护效果差的技术问题。

Description

一体式密度梯度热防护材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种一体式密度梯度热防护材料及其制备方法。
背景技术
飞行器面临着飞行速度快、飞行距离远的发展趋势，同时需要应对热流高、焓值高、驻点压力大等特点的热环境，因此飞行器的外防热材料需要具备密度低、比热容大、导热系数低、抗烧蚀、抗冲刷等特点。
目前飞行器使用的热防护材料包括外防热材料和内隔热材料两部分组成。外防热材料包括碳-碳复合材料、碳化硅陶瓷基等可重复使用热防护材料以及树脂基、橡胶类烧蚀类热防护材料。碳-碳以及陶瓷基复合材料耐温和抗冲刷性能比较优秀，但碳材料在富氧环境下材料会发生氧化反应，材料性能会急速降低；树脂基、橡胶类热防护材料为了保证耐烧蚀、抗冲刷等性能，材料密度都较大、导热系数高，往往应用于短时间的热防护体系(100s)，无法应用于长时间飞行器的热防护，具有一定的局限性。而内隔热材料为气凝胶隔热材料，主要起到隔绝热量的作用，但是其需要采用超临界干燥法进行干燥，成型工艺周期过长、制造成本过高。
此外，整个热防护体系需要等到外防热材料和内隔热材料分别成型后，采用胶粘剂进行粘接固定而成，而且粘接剂的耐温性和可靠性会严重影响热防护的整体防护效果。
发明内容
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种一体式密度梯度热防护材料及其制备方法，能够解决现有的热防护材料的外防热层易氧化、无法长期使用，内隔热层成型工艺周期长、成本高，以及制备方法导致的整体热防护效果差的技术问题。
本发明的技术解决方案为：
根据一方面提供一种一体式密度梯度热防护材料，所述热防护材料包括基体和增强体，其中，所述基体为网络状的多孔树脂结构，所述增强体包括具有第二体积密度的纤维增强体内层和设置在所述内层上的具有第一体积密度的纤维增强体外层，所述网络状的多孔结构还分散固化在所述纤维增强体外层和纤维增强体内层中，所述第一体积密度为0.5-2.0g/cm3；所述第二体积密度为0.05-0.4g/cm3。
进一步地，所述增强体的体积占所述热防护材料的10-60％。
进一步地，所述网络状的多孔树脂结构中孔隙直径为10纳米-100微米。
进一步地，所述增强体还包括具有第三体积密度的纤维增强体中间层，所述纤维增强体中间层置于所述纤维增强体外层和所述纤维增强体内层之间，所述第三体积密度大于第二体积密度且小于第一体积密度。
进一步地，所述基体所采用的原料为：烧蚀类树脂的聚合单体或低分子量聚合物与适量的溶剂混合所配制成溶液。
进一步地，所述烧蚀类树脂的残碳率高于50％，所述烧蚀类树脂选自酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、芳基乙炔树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚氨酯树脂、有机硅改性酚醛树脂中的至少一种。
进一步地，所述纤维增强体外层采用2.5D编织物或粗纤维织物制成；所述纤维增强体内层采用短切纤维网胎制成。
进一步地，所述增强体所采用的纤维的种类选自芳纶纤维、硼纤维、石英纤维、碳纤维、高硅氧纤维、玻璃纤维、酚醛树脂纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维多种纤维、多种纤维的编织物以及多种纤维的混编织物中的至少一种。
根据另一方面，提供上述一种一体式密度梯度热防护材料的制备方法，包括以下步骤：
制备增强体，包括：
在模具中铺设设定层数的短切纤维网胎并进行针刺得到纤维增强体内层；在所述纤维增强体内层上继续铺设设定层数的2.5D编织物或粗纤维织物进行针刺，得到纤维增强体外层；
配制基体原料，包括：
将烧蚀类树脂的聚合弹体或低分子量聚合物与适量的溶剂混合物配制成溶液；
热防护材料成型，包括：
将所述溶液注入到所述增强体中，使增强体充分浸润溶液；然后在树脂固化温度下固化即得。
应用上述技术方案，提供的热防护材料和制备方法，通过设计热防护材料的增强体包括具有第一、二体积密度的纤维增强体外层和内层，并且设计第一、二体积密度的特定范围，以及热防护材料的基体还分布在所述增强体内，通过此种设计，网络状的多孔树脂结构和纤维增强体的一体式设计在保证材料强度的基础上，还具有如下优势：一方面网络状的多孔树脂结构保证了材料的隔热效果；另一方面设计的梯度变化的体积密度，将外层设置为高密度的纤维增强层，提高了外层的抗冲刷强度，保证了长期使用效果；同时，将内层设计为低密度的纤维增强层，起到过渡作用，进一步保证隔热效果；此外，本发明基体和增强体不需要单独成型，本发明实施例的基体和增强体为一体式成型，极大缩短成型周期和降低成本，且这种一体式成型方式还降低了分层的风险，保证了材料的整体一致性。综上，本发明实施例所提供的热防护材料既具备耐烧蚀、抗冲刷、不易氧化等优势，又具备优异的隔热性能，且材料不易分层、整体性能好。此外，制备工艺简单、成型周期短、成本低，有利于大规模应用。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例1提供的一体式密度梯度热防护材料结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
正如背景技术所提到的，现有的热防护材料的外层容易被氧化、导致无法长期使用；而内层的气凝胶材料虽然具有优异的隔热效果，但其成型工艺过长、制造成本高；此外，在制备时，多为将外层和内层分别进行成型，再进行粘接，导致材料高温下易分层，整体性不好。
如图1所示，基于上述技术问题，本发明实施例一方面提供一种一体式密度梯度热防护材料，所述热防护材料包括基体和增强体，其中，所述基体为网络状的多孔树脂结构，所述增强体包括具有第二体积密度的纤维增强体内层和设置在所述内层上的具有第一体积密度的纤维增强体外层，所述网络状的多孔结构还分散固化在所述纤维增强体外层和纤维增强体内层中，所述第一体积密度为0.5-2.0g/cm3；所述第二体积密度为0.05-0.4g/cm3。
其中，上述的纤维增强体外层是指面向热环境的那一层。
优选的，所述第一体积密度可以为0.8-2.0g/cm3；所述第二体积密度为0.1-0.3g/cm3。
本发明实施例提供的一体式热防护材料，之所以称为一体式，是由于本发明实施例所提供的热防护材料中，上述的基体是分散固化在增强体中的，采用这种方式，降低了分层的风险。对于本发明实施例的热防护材料，采用网络状的多孔树脂结构保证了材料的隔热效果；并且还设计梯度变化的体积密度，将外层设置为高密度的纤维增强层，提高了外层的抗冲刷强度，保证了长期使用效果；同时，将内层设计为低密度的纤维增强层，起到过渡作用，进一步保证隔热效果(原因在于，如果不进行过渡，密度很高的纤维层将会将基体的空隙填充，降低隔热效果)，且本发明实施例热防护材料的一体式组成保证了材料的整体一致性。也即本发明实施例所提供的热防护材料既具备耐烧蚀、抗冲刷、不易氧化等优势，又具备优异的隔热性能，且材料不易分层、整体性能好。
作为本发明一种实施例，所述增强体的体积占所述热防护材料的10-60％。通过将增强体的体积限定在特定范围内，如果增强体太少，增无法保证材料的抗冲刷、以及材料强度等性能，如果增强体的太多，则将会影响热防护材料的隔热效果以及维形效果不好。
优选的，所述增强体的体积占所述热防护材料的30-60％；更优选的，所述增强体的体积占所述热防护材料的50-60％。
作为本发明一种实施例，所述网络状的多孔树脂结构中孔隙直径为10纳米-100微米。通过将多孔树脂结构的孔隙直径限定在特定范围，如果孔隙直径过小，将导致材料隔热性能下降，若孔隙直径过大，则材料整体维形效果将受影响。
在本发明中，为了获取上述结构的基体，所述基体所采用的原料为：烧蚀类树脂的聚合单体或低分子量聚合物与适量的溶剂混合所配制成溶液。
其中，上述溶剂的作用在于使所述烧蚀类树脂的聚合单体或低分子量聚合物进行分散即可，可根据聚合单体或低分子量聚合物的种类选择相应的溶剂。
在本发明中，所述烧蚀类树脂的残碳率高于50％，所述烧蚀类树脂选自但不限于酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、芳基乙炔树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚氨酯树脂、有机硅改性酚醛树脂中的至少一种。
本领域技术人员应当理解，所列举树脂种类不应当限制本发明的保护范围。
本发明实施例中，所述烧蚀类树脂的残碳率高于50％是指烧蚀类树脂在环境温度为800℃的惰性气氛中，树脂能够保留50％以上的重量，本发明实施例采用残碳率较高的烧蚀类树脂，将此类高分子树脂的聚合单体或低分子量聚合物混合适当的溶剂，配制成溶液，通过固化过程中发生的溶胶-凝胶反应形成具有纳米-微米尺度孔隙的多孔材料，保证此类多孔材料具有低密度、低热导率等特点，成为有效的隔热材料,进而保证材料的隔热效果。
本发明实施例中，可以根据使用热环境的不同，需要选择上述不同材料作为基体。
作为本发明一种实施例，为了实现具有第一体积密度的纤维增强外层的制备，所述纤维增强体外层采用2.5D编织物或粗纤维织物制成；为了实现具有第二体积密度的纤维增强内层的制备，所述纤维增强体内层采用短切纤维网胎制成。
本发明实施例中，所述的增强体为密度呈梯度变化的纤维织物，由多层增强体组成，所述增强体最外侧由2.5D编织物或粗纤维织物构成，主要起到增加密度、抗烧蚀、抗冲刷作用；所述增强体的最内层由短切纤维网胎构成，主要起到降低密度、隔绝热流向内部传递作用。两者协同配合，既保证了材料的抗冲刷、抗烧蚀性能，有保证材料的隔热性能。
本发明实施例中，上述2.5D编织物或粗纤维织物或短切纤维网胎所采用的纤维的种类选自芳纶纤维、硼纤维、石英纤维、碳纤维、高硅氧纤维、玻璃纤维、酚醛树脂纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维多种纤维、多种纤维的编织物以及多种纤维的混编织物中的至少一种。
其中，根据热环境的不同，可以相应选择不同材料作为增强体。当面对低焓值、驻点压力大的热环境，热防护材料的纤维织物材料优选为石英纤维；当面对高焓值、高热流的热环境，热防护材料的纤维织物材料优选为碳化硅纤维；当面对低焓值、低热流环境时，热防护材料的纤维织物材料优选为碳纤维。
作为本发明一种实施例，为了保证梯度的增强层之间的过渡，更好地防止分层现象，所述增强体还包括具有第三体积密度的纤维增强体中间层，所述纤维增强体中间层置于所述纤维增强体外层和所述纤维增强体内层之间，所述第三体积密度大于第二体积密度且小于第一体积密度。
综上，上述密度梯度一体化热防护材料的结构形式既保证了热防护材料在高速飞行过程中的气动加热环境下的烧蚀散热和抗冲刷维形能力，又保证了热防护材料优良的隔热效果和整体材料的低密度，实现抗烧蚀、抗冲刷、长时间隔热、大幅度减重等综合效益，为进一步提升飞行器的飞行速度和飞行距离提供了技术保障。
根据另一实施例还提供上述一种一体式密度梯度热防护材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备增强体，包括：
在模具中铺设设定层数的短切纤维网胎并进行针刺得到纤维增强体内层；在所述纤维增强体内层上继续铺设设定层数的2.5D编织物或粗纤维织物进行针刺，得到纤维增强体外层；
步骤2、配制基体原料，包括：
将烧蚀类树脂的聚合弹体或低分子量聚合物与适量的溶剂混合物配制成溶液；
步骤3、热防护材料成型，包括：
将所述溶液注入到所述增强体中，使增强体充分浸润溶液；然后在树脂固化温度下固化即得。
通过上述制备方法，其中的基体和增强体不需要单独成型，对于基体只需要提供配制好的树脂溶液即可，对于增强体只需提供预制体即可，然后将树脂溶液充分浸渍预制体并固化即可得到一体化热防护材料。该制备方法极大缩短成型周期和降低成本，且这种一体式成型方式还降低了分层的风险，保证了材料的整体一致性。
上述步骤1中，2.5D编织物或粗纤维织物的编织方式可以为浅交直连方式、浅交弯连方式或者角联锁方式。
上述步骤1中，不同密度织物之间还可以采用针刺或者缝合的方式进行连接。
上述步骤1中，根据需要，还可以在外层和内层之间增加纤维增强体中间层，具体制备方法可参考外层和内层的制备过程。
上述步骤1中，根据热环境需要，可以选择设定层数的多少。
上述步骤3中，可以采用浸渍、浇注、注射、真空吸注、加压注射等复合材料常用的RTM成型工艺，将树脂溶液注入到纤维增强体中，使纤维增强体充分浸润树脂。然后将成型模具装配密封好，放置到高温烘箱中，烘箱温度根据树脂的固化温度进行设定，在高温烘箱中保持一定的时间，使树脂在模具中缓慢聚合形成网络状的多孔结构；待到树脂完全固化后，将模具拆解，取出该热防护材料进行干燥。
其中，对热防护材料进行干燥方式包括常压干燥、冷冻干燥或超临界干燥。
本发明实施例方法将增强纤维通过编织、穿刺等方式形成外层高密度、内部超低密度的预制体，将耐烧蚀树脂通过浸渍、注胶等手段渗入纤维预制体内部，最后固化成为一体式的热防护材料，增加了热防护材料的整体一致性，有效避免因材料热膨胀系数不同导致的分层开裂现象，提高了热防护的可靠性。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
确定一体式热防护复合材料增强体的优选范围为密度为厚度为3mm密度为1.0g/cm3的2.5D石英纤维织物结合厚度为12mm密度为0.12g/cm3的短切石英纤维网胎，注射的基体树脂是密度为0.3g/cm3有机硅改性酚醛树脂，采用RTM液态成型工艺，在80℃下固化20小时，形成密度梯度热防护材料。
实施例2
一体式密度梯度热防护材料的增强体使用厚度为1mm密度为0.5g/cm3的高密度石英纤维布加厚度为1mm密度为0.3g/cm3的石英纤维布加厚度为13mm密度为0.12g/cm3的低密度短切石英纤维网胎，注射的基体树脂是密度为0.2g/cm3有机硅改性酚醛树脂，采用RTM液态成型工艺，在120℃固化12小时，形成一体式密度梯度热防护材料。
对比例1
一体式密度梯度热防护材料的增强体使用厚度为1mm密度为0.3g/cm3的高密度石英纤维布加厚度为11mm密度为0.02g/cm3的低密度短切石英纤维网胎，注射的基体树脂是密度为0.2g/cm3有机硅改性酚醛树脂，采用RTM液态成型工艺，在120℃固化12小时，形成一体式密度梯度热防护材料。
对比例2
一体式密度梯度热防护材料的增强体使用厚度为3mm密度为0.3g/cm3的高密度石英纤维布加厚度为12mm密度为0.3g/cm3的低密度短切石英纤维网胎，注射的基体树脂是密度为0.2g/cm3有机硅改性酚醛树脂，采用RTM液态成型工艺，在120℃固化12小时，形成一体式密度梯度热防护材料。
对比例3
一体式密度梯度热防护材料的增强体使用厚度为3mm密度为0.9g/cm3的2.5D石英纤维织物加厚度为12mm密度为0.6g/cm3的低密度短切石英纤维网胎，注射的基体树脂是密度为0.2g/cm3有机硅改性酚醛树脂，采用RTM液态成型工艺，在120℃固化12小时，形成一体式密度梯度热防护材料。
上述实施例和对比例所得材料性能见表1。
表1材料性能对比
Figure BDA0001909422650000121
从上述表格的对比结果，我们可以看到现有热防护材料的密度和热导率都偏大，大约可以实现有效防护50s左右，当遇到飞行时间较长的情况下，其外表面会发生大面积剥离，难以维持气动外形，而且无法有效隔绝热量向内部传递。
实施例1和2制备材料，能够有效降低材料的密度和热导率，在保证飞行器在长时间飞行后其外表面不被烧蚀剥离，且能够有效隔绝热量。
对比例1中第一体积的密度过小，第二体积密度也过小，会导致材料外层抗烧蚀能力降低，材料整体的力学强度也降低；对比例2中第一体积的密度过小，第二体积适中会影响材料的烧蚀性能；对比例3中第二体积的密度过大导致其隔热性能下降，无法有效隔绝热量。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (7)

1.一种一体式密度梯度热防护材料，所述热防护材料包括基体和增强体，其特征在于，所述基体为网络状的多孔树脂结构，所述增强体包括具有第二体积密度的纤维增强体内层和设置在所述内层上的具有第一体积密度的纤维增强体外层，所述网络状的多孔结构还分散固化在所述纤维增强体外层和纤维增强体内层中，所述第一体积密度为0.5-2.0g/cm3；所述第二体积密度为0.05-0.4g/cm3；
所述网络状的多孔树脂结构中孔隙直径为10纳米-100微米；
所述纤维增强体外层采用2.5D编织物或粗纤维织物制成；所述纤维增强体内层采用短切纤维网胎制成；
所述增强体还包括具有第三体积密度的纤维增强体中间层，所述纤维增强体中间层置于所述纤维增强体外层和所述纤维增强体内层之间，所述第三体积密度大于第二体积密度且小于第一体积密度。
2.根据权利要求1所述的一种一体式密度梯度热防护材料，其特征在于，所述增强体的体积占所述热防护材料的10-60％。
3.根据权利要求1所述的一种一体式密度梯度热防护材料，其特征在于，所述基体所采用的原料为：烧蚀类树脂的聚合单体或低分子量聚合物与适量的溶剂混合所配制成溶液。
4.根据权利要求3所述的一种一体式密度梯度热防护材料，其特征在于，所述烧蚀类树脂的残碳率高于50％，所述烧蚀类树脂选自酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、芳基乙炔树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚氨酯树脂、有机硅改性酚醛树脂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种一体式密度梯度热防护材料，其特征在于，所述增强体所采用的纤维的种类选自芳纶纤维、硼纤维、石英纤维、碳纤维、高硅氧纤维、玻璃纤维、酚醛树脂纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维多种纤维、多种纤维的编织物以及多种纤维的混编织物中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种一体式密度梯度热防护材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
制备增强体，包括：
在模具中铺设设定层数的短切纤维网胎并进行针刺得到纤维增强体内层；在所述纤维增强体内层上继续铺设设定层数的2.5D编织物或粗纤维织物进行针刺，得到纤维增强体外层；
配制基体原料，包括：
将烧蚀类树脂的聚合弹体或低分子量聚合物与适量的溶剂混合物配制成溶液；
热防护材料成型，包括：
将所述溶液注入到所述增强体中，使增强体充分浸润溶液；然后在树脂固化温度下固化即得。
7.根据权利要求6所述的方法制备的一体式密度梯度热防护材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111635614B (zh) * 2020-05-19 2023-03-24 湖北航天技术研究院总体设计所 一种轻质防隔热的复合材料及其制备方法
CN111997781B (zh) * 2020-07-17 2022-02-08 上海复合材料科技有限公司 基于rtm工艺半固化表面的复合材料扩散段成型方法
CN112250418B (zh) * 2020-10-22 2022-05-03 航天特种材料及工艺技术研究所 一种轻质增韧隔热复合材料构件及其制备方法和应用
CN112659589A (zh) * 2020-12-04 2021-04-16 湖北三江航天红阳机电有限公司 —种低密度防隔热一体化梯度材料的制备方法
CN113580612A (zh) * 2021-08-19 2021-11-02 湖北菲利华石英玻璃股份有限公司 一种低密度近零烧蚀复合材料成型方法
CN113997652B (zh) * 2021-11-30 2023-09-26 北京理工大学 一种连续纤维增强热防护材料及其制备方法
CN114031414A (zh) * 2021-12-02 2022-02-11 内蒙古航天红岗机械有限公司 一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料及制备方法
CN115257078B (zh) * 2022-06-20 2024-03-15 航天材料及工艺研究所 轻质防隔热一体化热防护材料碳纤维增强体及其制备方法
CN114801252A (zh) * 2022-06-30 2022-07-29 天津爱思达新材料科技有限公司 一种多层防热结构零烧蚀空气舵及其制备方法和装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104553102B (zh) * 2015-01-15 2017-03-08 中国建筑材料科学研究总院 超高温梯度隔热材料及其制备方法
CN108995254B (zh) * 2018-07-09 2020-10-27 华东理工大学 一种纳米孔防热复合材料与承载结构共固化成型方法

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